汽車動力電池測試實驗室

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   2000年前后，一方面，國際封鎖嚴酷，碳纖維奇缺；另一方面，國產(chǎn)碳纖維的性能不穩(wěn)定，無法滿足軍方要求。在這種情況下，戰(zhàn)略科學家、兩院院士師昌緒先生提出要自主發(fā)展碳纖維。

    曾經(jīng)從事碳纖維管理工作的李克健撰文回憶那段歷史：2001年1月，師昌緒先生給江澤民主席寫了關(guān)于加速開發(fā)高性能碳纖維的請示報告，報告批轉(zhuǎn)到了計委和科技部等部門。此舉產(chǎn)生較大反響，對以后的經(jīng)費落實起到了決定性影響。

    2002年，科技部設立863計劃的碳纖維關(guān)鍵技術(shù)專項304專項，撥款1億元，集中資源、瞄準技術(shù)關(guān)鍵開展集約攻關(guān)。業(yè)內(nèi)人士普遍認為，如果沒有大力支持，碳纖維技術(shù)發(fā)展不了這么快。

    當時的形勢很嚴峻。為了盡快做出碳纖維，科技部在設立研發(fā)項目的同時，成立了測試專家組，每3個月到攻關(guān)單位現(xiàn)場抽樣一次，送第三方檢驗進行盲測盲評。科技部設立信息搜集專項課題，收集匯總?cè)奶祭w維及原絲相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)信息，給碳纖維及其原絲研發(fā)提供了強有力的支撐。 朱波回憶說。

    在原化學工業(yè)部和科技部立項支持下，北京化工大學于2000年突破了二甲基亞砜法原絲工藝。 當時我們在實驗室階段，突破了一個與東麗公司類似的技術(shù)，盡管工藝有些粗糙，但增強了我們的信心。后來吉林石化以此為依據(jù)開始了工程化技術(shù)研究，原來的硝酸法被二甲基亞砜法替代了。 徐梁華回憶說。

    其實，科研人員很清楚，實驗室階段離產(chǎn)業(yè)化還有很長的距離。在采訪過程中，幾位專家都不約而同地提到了科工委的 一條龍 項目管理流程發(fā)揮了重要作用。2005年，國防科工委（現(xiàn)為國防科技工業(yè)局）提出把碳纖維研究從技術(shù)推動變成需求牽引的 一條龍 項目管理流程。徐梁華向記者解釋，這促使碳纖維人轉(zhuǎn)變了思維和理念。 研制生產(chǎn)碳纖維是為了某種領(lǐng)域應用而服務的，碳纖維人應該站在應用的角度審視碳纖維的制備，這對碳纖維的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。碳纖維技術(shù)研發(fā) 一條龍 模式的示范意義很大，以后國內(nèi)關(guān)鍵材料的發(fā)展都采用了這一模式。

 

    碳纖維做的二輪車

 

    從2000年到2005年是碳纖維打基礎(chǔ)的階段。一方面，繼續(xù)高性能化的技術(shù)研發(fā)，突破了碳纖維T700的制備工藝，同時關(guān)注碳纖維的工程化技術(shù)研究。2005年，碳纖維T300率先完成了工程化條件建設和基本工藝突破，應用牽引的一條龍研究模式得以有條件實施。到2008年，宇航級的碳纖維T300實現(xiàn)了國產(chǎn)化保障。這也意味著，國產(chǎn)碳纖維在特定領(lǐng)域的應用可以替代進口了。

    2009年，國內(nèi)很多單位都上線了碳纖維。當年有20多家企業(yè)具備碳纖維T300系列的生產(chǎn)能力。但是日本采取了降價傾銷策略，碳纖維T300開始大幅降價，對我國碳纖維企業(yè)造成了嚴重的打擊。

    日本東麗公司于1969年實現(xiàn)了T300碳纖維的規(guī)模化生產(chǎn)，1986年實現(xiàn)了T1000碳纖維的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，一線科研專家清楚地知道我們與國外的差距。多個部委從 十五 到 十二五 連續(xù)設立專項支持碳纖維發(fā)展，我國碳纖維研究人員和企業(yè)家不負眾望，在總體投資不大的前提下，光威拓展、中復神鷹、丹陽恒神、吉林碳谷等幾家基礎(chǔ)條件好的企業(yè)實現(xiàn)了通用碳纖維的規(guī)模化生產(chǎn)。 朱波這樣告訴記者。

 

    幾捆碳纖維

 

    2015年以后，相關(guān)專項已從 碳纖維關(guān)鍵技術(shù)專項 更名為 高性能纖維及復合材料重點專項 ，將碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈進行延伸。直到現(xiàn)在，我國仍將高性能碳纖維視為重點發(fā)展的新材料。

    從總體來看，碳纖維行業(yè)的基礎(chǔ)建立在計劃經(jīng)濟時代。正是由于意志和財政資金的支持，以及民營資本的介入，才共同支撐起碳纖維行業(yè)的發(fā)展。

    攻關(guān)仍在路上

 

    從碳纖維的發(fā)展歷程來看，我們發(fā)現(xiàn)的引導和總體戰(zhàn)略部署對碳纖維行業(yè)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。同時，立足自主研發(fā)是永遠不變的主題。

    在十五期間， “863”碳纖維項目的驗收十分嚴苛。當時有3個單位承擔課題攻關(guān)，科技部專門成立測試組。在測試時，由撥測試小組人員直接到現(xiàn)場取樣，多家取樣、標記編號之后，徹底打亂次序，統(tǒng)一由第二撥人員送到指定的檢測單位。在送檢的樣品中，再混上日本的碳纖維，同樣打亂編號，統(tǒng)一檢測后，再根據(jù)測試號對出是哪家單位的原絲和碳纖維，才公布結(jié)果。到現(xiàn)在來看，這種競爭模式，讓碳纖維的研發(fā)基礎(chǔ)打得很牢固。 朱波回憶說。

    在碳纖維發(fā)展過程中，值得稱頌與弘揚的是科研人員的拼搏精神。他們沒日沒夜地加油干。教授、專家與工程人員、技術(shù)人員到一線干活。高校、研究機構(gòu)、企業(yè)聯(lián)動，如同一家人一樣共同申請課題搞科研。大家始終撇開個人利益，秉持情懷，將技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)放在首位。而這些都是碳纖維成功的寶貴經(jīng)驗。

 

    碳纖維框眼鏡

 

    然而，我們?nèi)砸吹絿a(chǎn)碳纖維與國外的差距。如果與日本對標，目前國產(chǎn)碳纖維在核心技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化水平的穩(wěn)定性上仍與國外有不小的差距。尤其是我們還不能生產(chǎn)高強高模系列碳纖維。核心配方、核心裝備、核心工藝、核心輔料等方面均是制約因素。舉例來說，制備高強高模碳纖維需要石墨化爐，石墨化爐溫度要達到2800°以上，但國內(nèi)受爐體原材料限制導致高溫裝備性能不穩(wěn)定，而且這些材料國外對我們是禁運的。未來，高性能碳纖維的攻關(guān)仍要突破諸多難題，也需要持續(xù)的支持。

    現(xiàn)在我們已經(jīng)生產(chǎn)出能用的碳纖維了，下一步，我們要向 好用 和 用得起 的碳纖維突破。 徐梁華憧憬地告訴記者未來碳纖維行業(yè)的努力方向。

    警惕碳纖維熱

 

    全國性的碳纖維熱是不少科研人員擔憂的事情。早在2005年前后，碳纖維的研發(fā)進展引發(fā)了全國性的 碳纖維熱 ，企業(yè)盲目重復投資建設了一批碳纖維生產(chǎn)線。日本碳纖維降價后，一些小企業(yè)因競爭力不足，備受打擊。近兩年，碳纖維又慢慢熱起來，行業(yè)專家不免擔憂碳纖維熱會重蹈覆轍。

    2017年，浙江泰先新材料股份有限公司向法院申請破產(chǎn)。2018年，沈陽中恒也宣布破產(chǎn)。據(jù)徐梁華分析，這兩家碳纖維企業(yè)破產(chǎn)的原因在于產(chǎn)業(yè)規(guī)模和資金實力不足。碳纖維是一個運營周期很長的行業(yè)。起初不少企業(yè)建廠瞄準了軍用需求。但是國防軍用的需求十分有限。 目前中國有二十五六家碳纖維企業(yè)。相比之下，美國有2家，日本有3家。中國需要未來有效產(chǎn)能達到萬噸的企業(yè)，3-5家碳纖維企業(yè)就夠了。畢竟碳纖維是小眾產(chǎn)品，市場需求并不大。

    對于近期碳纖維熱，工信部賽迪智庫原材料工業(yè)研究所副所長曾昆告訴《經(jīng)濟》記者，這對行業(yè)產(chǎn)生的影響主要體現(xiàn)在以下三方面：一是導致資本等社會資源大量涌向碳纖維產(chǎn)業(yè)，容易造成低端產(chǎn)品過剩。二是短期投資熱容易造成行業(yè)過度競爭。資本競相流向碳纖維市場必然引起行業(yè)短期競爭加劇，國內(nèi)碳纖維企業(yè)既要面對國外企業(yè)的價格打壓，又要和國內(nèi)行業(yè)進行價格戰(zhàn)，企業(yè)盈利空間進一步被擠壓。三是投機資本可能會引起產(chǎn)業(yè)的波動。碳纖維產(chǎn)業(yè)投資周期長，需要資本長期支持。而短期資本的 投機 性質(zhì)，大進大出容易影響產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，我們不能忽視 碳纖維熱 對產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展的影響。

    繼往開來加油干

 

    在40年后的今天，碳纖維行業(yè)如何更上一層樓？眾多專家給出4點建議：一是，提高應用設計能力。由于碳纖維復合材料較為特殊，我們還需要提高設計能力和原創(chuàng)能力，而不是習慣性地跟風國外的應用。同時，我們要加強在前沿性拓展的布局，高質(zhì)量和低成本地發(fā)展碳纖維。

    二是，培養(yǎng)跨界人才。數(shù)學、物理學是從事非金屬材料應用研究的重要基礎(chǔ)。如何增強人才隊伍的數(shù)理水平，徐梁華建議，組織跨學科的團隊。譬如，將數(shù)理很強的材料力學設計的人才與材料界的人才快速融合，或許是突破材料應用設計瓶頸的有效方法。

    三是，打破同質(zhì)化競爭。目前國內(nèi)碳纖維企業(yè)用同一種碳纖維制備工藝，80%的企業(yè)采用DMSO（二甲基亞砜）的工藝，而日本3家公司則采用3種不同的工藝。為了避免同種工藝路線受到局限，提高抵抗風險能力和差異化能力，我們需要創(chuàng)新制備工藝。

    四是，建立碳纖維行業(yè)共享數(shù)據(jù)庫。2016年12月30日，四部委聯(lián)合發(fā)布《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》，提出兩化融合，目的是促進信息技術(shù)與新材料融合發(fā)展。不過，碳纖維材料的規(guī)格型號繁多，不僅有纖維絲束大小之分、性能高低不同，還存在不同的紡絲工藝、有不同的表面上漿劑；應用環(huán)節(jié)涉及不同的纖維制品形式、不同的樹脂體系、不同的成型工藝和不同的構(gòu)件設計等。如果說T300級碳纖維復合材料像一棵樹冠繁盛的數(shù)據(jù)樹，那么，碳纖維所有的數(shù)據(jù)就像一片森林。

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